CN114815096A - 用于吹气安装的光纤装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及光纤装置(1)，其包含：‑一个或多个光纤(2)；‑包围所述一个或多个光纤(2)的、由纤维增强的聚合物制成的外夹套(3)，所述纤维增强的聚合物以相对于所述纤维增强的聚合物的重量计在5wt％‑25wt％范围内的量包含嵌在聚合物基质中的无机纤维，所述无机纤维具有在50μm‑250μm的范围内的中值长度(d50)；和‑包围所述外夹套(3)并与其直接接触的表层(4)，该表层(4)具有在0.05mm‑0.5mm的范围内的厚度且不含纤维。
Description
技术领域
本公开涉及用于吹气安装的光纤装置。
相关现有技术的描述
纤维光缆通常通过在管道中吹送或拉、通过将它们埋在地下或者将它们悬挂在地上的电线杆之间来铺设。
适合用在吹送纤维系统的光纤装置典型地包含被外护套包围的一个或多个光纤，所述外护套任选地在其外表面内支撑焊接物(bearing beads)。所述外护套典型地由聚合物材料如聚乙烯制成。然而，聚合物材料的热膨胀(和收缩)系数高于玻璃，这在低温下可能导致显著的(并且有时过多的)电缆收缩和光纤衰减。
因此，纤维增强的聚合物(FRP)作为光缆夹套材料已经被提出以控制聚合物材料收缩。例如如US5561729所报告的，由于更少地影响聚合物材料的机械性能(特别是劲度)，短纤维与长纤维相比是优选的，但是短纤维需要以比长纤维大的量加载以获得显著的收缩降低。另一方面，在聚合物夹套材料中合适量的短纤维可以提供粗糙的电缆表面，这增加摩擦并因此降低潜在的电缆吹送距离。
本领域中已知数种解决方案，然而这些解决方案不涉及用于吹气安装的电缆。
刚刚提到的US5561729涉及通讯电缆，其包括由热塑性材料制成的元件(例如护套)，所述热塑性材料通过由诸如玻璃之类的材料制成的不连续的增强纤维增强。所述增强纤维各自具有小于0.2cm(例如大约0.02cm至大约0.20cm)的长度，并且被结合到所述热塑性材料中以降低所述热塑性材料的热膨胀系数。对于长度为大约0.02cm至大约0.06cm的增强纤维，所述增强纤维的优选的最大重量比例是约25％。降低所使用的增强纤维的长度可能对管脆性有实质影响。
US9223103涉及通讯电缆，其具有用于抵抗挤出后收缩的层。在一个实施方案中，所述层是所述电缆的外夹套。所述夹套包括基础材料和嵌在所述基础材料内的多个离散的减收缩元件(例如棒、卷须状物、附加物、纤维等)。所述元件具有在0.2mm-100mm范围内的长度。所述减收缩材料占所述夹套的总重量的小于2％，但是其它实施方案可以使用超过2重量％的所述减收缩材料。
US6400873涉及具有至少一个加强元件的纤维光缆。所述加强元件包括基质和布置在所述基质内的多个纤维。所述基质可以由热固性材料形成。或者，所述基质可以由热塑性材料如聚烯烃形成。纤维光缆还包括包围加强元件的保护夹套。保护夹套由塑料材料形成。在一个实施方案中，加强元件具有2.0mm的直径，并且保护夹套具有3.0mm的直径。
本公开的概述
因此本申请人的目的在于提供用于吹气安装的光纤装置，其具有有限的电缆收缩(和膨胀)和因此具有有限的光纤衰减，具有用于电缆吹送的足够的劲度，同时保持足够的挠性、低的在管道壁上的摩擦系数且不损害管道清洁性。
该目的通过用于吹气安装的光纤装置实现，所述光纤装置包含：
-一个或多个光纤；
-包围所述一个或多个光纤的、由纤维增强的聚合物制成的外夹套，所述纤维增强的聚合物以相对于所述纤维增强的聚合物的重量计在5wt％-25wt％的范围内(包括端点)的量包含嵌在聚合物基质中的无机纤维，所述无机纤维具有在50μm-250μm的范围内(包括端点)的中值长度d50；和
-包围所述外夹套并与其直接接触的表层，所述表层具有在0.05mm-0.5mm范围内(包括端点)的厚度且不含纤维。
在本说明书和权利要求书中，所谓光纤是指玻璃光波导，其被玻璃覆层包围以形成光芯。所述光芯被一个或多个保护层如初级和次级丙烯酸酯涂层和任选地由热塑性材料制成的缓冲层包围。
在一个实施方案中，所述光纤被嵌在由聚合物材料制成的内层中。所述内层被外护套包围且可以与外护套直接接触。
在一个实施方案中，所述外夹套纤维增强的聚合物以相对于所述纤维增强的聚合物的重量计在10wt％至20wt％的范围内(包括端点)的量包含无机纤维。
在本说明书和权利要求书中，所谓中值长度(d50)是指纤维长度分布的中间值，它是在累积分布图中在50％时的纤维长度的值。
在一个实施方案中，本公开的无机纤维具有在100μm-200μm的范围内(包括端点)的中值长度(d50)。
在一个实施方案中，所述无机纤维具有在14μm-16μm的范围内(包括端点)的直径。
在一个实施方案中，所述无机纤维包含玻璃纤维。
在一个实施方案中，所述外夹套聚合物基质由选自聚乙烯(PE)如高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰胺(PA)或聚酯的材料构成。
在一个实施方案中，所述外夹套具有在0.3mm-3mm的范围内(包括端点)的厚度。所述外夹套比所述表层厚。
在一个实施方案中，所述表层的表面粗糙度低于所述外夹套的表面粗糙度。
在一个实施方案中，所述表层具有0.1-0.3mm的厚度。
在一个实施方案中，所述表层由选自聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)或聚酯的聚合物材料制成。
在一个实施方案中，所述表层由包括用于降低所述表层的表面摩擦的添加剂如润滑剂或滑爽添加剂的材料制成。合适的添加剂的实例是蜡或脂肪酸酰胺，例如油酰胺、芥酸酰胺和硬脂酰胺。
附图简要说明
从对作为示例给出的一些实施方案的以下参考附图的描述中，进一步的特征和优点将更加明显，其中：
图1显示了按照本公开一个实施方案的用于吹气安装的光纤装置的截面图；
图2a和2b是显示由玻璃纤维填充的HDPE制成的样品和由未填充的HDPE制成的样品的拉伸应力(在纵轴)对伸长率(在横轴)的图；
图3a和3b是显示由玻璃纤维填充的HDPE制成的样品和由未填充的HDPE制成的样品的挠曲应力(在纵轴)对挠曲应变(在横轴)的图；
图4a-4i是显示按照一个实施方案的光纤装置和按照现有技术的光缆的光纤衰减分布的图。
详细描述
就本说明书和所附权利要求书而言，除非另外指明，所有表示量、数量、百分比等的数字应被理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。而且，所有范围包括所公开的最大值和最小值的任何组合且包括在其间的任何中间范围，这些范围可以被在本文中具体列举或者可以没有被在本文中具体列举。
上述方面的至少一个中的本公开可以按照任选地组合在一起的以下实施方案中的一个或多个实施。
就本说明书和所附权利要求书而言，措辞“一”或“一种”应被理解为包括一种或至少一种，并且所述单数形式还包括复数形式，除非显而易见地其具有另外的含义。这样表述仅是为了方便和给出本公开的一般含义。
图1显示了本公开的光纤装置1的一个实施方案。所述光纤装置1适用于吹气安装，如本说明书的引言部分中所讨论的。
光纤装置1包含一个或多个光纤2。在图1的实例中，提供了四个光纤2。然而，在其它实例(未显示)中，光纤2的数目可以更高或更低。应注意，光纤2的数目与本发明无关，并且光纤的数目可以是任何数目。
图1的每个光纤2包含光芯2a、保护涂层系统2b和缓冲层2c。
适合本公开的装置的光纤可以是单模光纤或多模光纤。所述光纤通常纵向延伸。例如，所述光纤2被排列成束。
光纤装置1包含包围所述光纤2的外夹套3。
外夹套3由包含嵌在聚合物基质中的无机纤维的纤维增强聚合物制成。所述纤维增强聚合物以5wt％-25wt％范围内(包括端点)的量包含所述无机纤维，其中“wt％”是指所述无机纤维相对于所述纤维增强聚合物的总重量计的重量百分比。在一个实施方案中，所述无机纤维的量介于10wt％和25wt％之间(包括端点)，仍更优选介于15wt％和20wt％之间(包括端点)。
所述无机纤维具有介于50μm和250μm之间(包括端点)的中值长度d50。如上面指出的，所述中值长度d50是在累积分布图中在50％时的纤维长度值。例如，当d50＝100μm时，那么聚合物基质中的50％的无机纤维长于100μm和50％的无机纤维短于100μm。在一个实施方案中，所述无机纤维具有介于100μm和200μm之间(包括端点)的中值长度d50。
所述无机纤维可以包含例如玻璃纤维。应该注意，两种或更多种不同类型的无机纤维可以嵌在所述聚合物基质中。
在一个实施方案中，所述外夹套3具有介于0.3mm和3mm之间(包括端点)的厚度。
在一个实施方案中，所述外夹套3基于聚合物材料如聚乙烯、聚酰胺或聚酯。
本申请人已经测试了由用于本公开光纤装置外夹套的类型的纤维增强聚合物制成的样品以评价其机械性能，与用于已知光纤装置中外夹套的类型的聚合物样品的机械性能相比。图2a是本公开的由玻璃纤维填充HDPE制成的五个样品的拉伸应力(为σ[MPa]，在纵轴)对伸长率(为ε[％]，在横轴)的图，图2b是由未填充的相同HDPE制成的五个样品的拉伸应力对伸长率的类似的图。所述测试按照IEC60811-2-1(2001)在50.0mm/min的速度进行。如可以从图2a和2b中的图看到的，按照本公开的玻璃纤维填充HDPE和未填充HDPE二者显示类似的拉伸行为，并且在约700％的伸长率时发生断裂，这表明向所述聚合物材料中添加无机纤维不会实质损害其机械性能。
已经进行了类似的测试以评价挠曲性能。特别地，图3a是本公开的由玻璃纤维填充HDPE制成的三个样品的挠曲应力(为σf[MPa]，在纵轴)对挠曲应变(为εf[％]，在纵轴)的图，图3b是由未填充的相同HDPE制成的三个样品的挠曲应力对挠曲应变的类似的图。所述测试按照ASTM D790-10在1.20mm/min的速度进行。如可以从图3a和3b中的图看到的，按照本公开的玻璃纤维填充HDPE样品和未填充HDPE样品二者在约8MPa的挠曲应力时显示3％的挠曲应变，这表明向所述聚合物材料中添加无机纤维不会实质损害其机械性能。
再参考图1，所述光纤装置1包含包围外夹套3并与外夹套3直接接触的表层4。所述表层4具有介于0.05mm和0.5mm之间(包括端点)的厚度。优选地，所述表层的厚度介于0.1mm和0.3mm之间(包括端点)。所述外夹套3比所述表层4厚。
表层4的表面粗糙度低于含有无机纤维的外夹套3的表面粗糙度。这改善了所述光纤装置的可吹送性，因为管道壁和光纤装置间的摩擦被降低。
表层4可以由诸如聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)或聚酯之类的材料制成。在一个实施方案中，所述表层4的材料与所述外夹套3的材料类似或相同。
表层4材料可以包括用于进一步降低上面提及的摩擦的添加剂和/或润滑剂。在一个实施方案中，所述添加剂/润滑剂可以选自蜡或脂肪酸酰胺。
表层4可以被挤出到外夹套3上，或者与外夹套3共挤出。
本申请人已经测试了本公开的光纤装置以评价光纤衰减随温度的变化。特别地，具有含嵌在HDPE基质内的玻璃纤维的外夹套(其中无表层与纤维性能随温度的变化无关)的本公开的光纤装置与按照现有技术的具有未填充HDPE外夹套的对比光纤装置进行了比较。“光纤衰减”是光束强度相对于光纤通过距离的降低。
图4a-4i是显示所有本公开光纤装置的光纤(短划线)和对比光缆装置的光纤(连续线)在1550nm的波长时光纤衰减(为db/Km，在横轴)的分布(在纵轴)的图。在两个温度循环后(对于所有循环使用相同的纤维)针对不同的温度显示所述分布，所述两个温度循环具体为：
-第一循环：
在-10℃(图4a)
在-20℃(图4b)
在+70℃(图4c)
-第二循环：
在-10℃(图4d)
在-20℃(图4e)
在-30℃(图4f)
在-40℃(图4g)
在+70℃(图4h)
在+20℃(图4i)
上述图表显示，在第一循环过程中，本公开的光缆装置的光纤衰减略好于所述对比光缆装置的光纤衰减。测试的第一循环是第二循环的前导，后者的结果是用于了解安装后光缆行为的测试工作台。在第二循环过程中，本公开的光纤装置总是显示明显更好的性能，与所述对比光缆装置的性能相比。特别地，代表本公开光纤装置的光纤中光衰减的分布的曲线通常比现有技术的光纤装置的光纤中光衰减的分布窄，并且这意味着本发明装置中的光纤的更均匀的性能。而且，按照用于吹气纤维的英国通讯技术标准(BritishTelecommunications specification)CW1854(2019)，在测试过程中，纤维衰减的最大变化应≤0.10dB/Km。如表I中显示的，本发明装置中光纤的衰减峰最多变化0.06dB/Km，而所述对比装置中光纤的衰减峰变化0.11dB/Km(因此不符合所述英国标准)。
表I
Claims (11)
1.光纤装置(1)，其包含：
-一个或多个光纤(2)；
-包围所述一个或多个光纤(2)的、由纤维增强的聚合物制成的外夹套(3)，所述纤维增强的聚合物以在5wt％-25wt％范围内的量包含嵌在聚合物基质中的无机纤维，相对于所述纤维增强的聚合物的重量计，并且所述无机纤维具有在50μm-250μm的范围内的中值长度(d50)；和
-包围所述外夹套(3)并与其直接接触的表层(4)，该表层(4)具有在0.05mm-0.5mm的范围内的厚度且不含纤维。
2.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述外夹套(3)纤维增强的聚合物以在10wt％-20wt％范围内的量包含无机纤维，相对于所述纤维增强的聚合物的重量计。
3.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述无机纤维具有在100μm-200μm的范围内的中值长度(d50)。
4.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述无机纤维的直径在14μm-16μm的范围内。
5.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述无机纤维包含玻璃纤维。
6.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述外夹套(3)聚合物基质由选自聚乙烯、聚酰胺或聚酯的材料构成。
7.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述外夹套(3)具有在0.3mm-3mm的范围内的厚度，并且所述外夹套(3)比所述表层(4)厚。
8.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述表层(4)的表面粗糙度低于所述外夹套(3)的表面粗糙度。
9.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述表层(4)具有0.1-0.3mm的厚度。
10.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述表层(4)由选自聚乙烯、聚酰胺或聚酯的材料制成。
11.权利要求1所述的光纤装置(1)，其中所述表层(4)包括用于降低表层(4)表面摩擦的添加剂。
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